DN1350污水管道頂管施工技術(shù)

趙夢

摘 要：對于青島市雙埠立交橋改造工程DN1350污水管道頂管施工技術(shù)，本文對施工準(zhǔn)備、降水措施、沉井制作、沉井下沉、沉井封底、頂管頂力計(jì)算、設(shè)備選擇、頂管頂進(jìn)、糾偏及閉水試驗(yàn)等施工全過程進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：污水 頂管 施工技術(shù)

中圖分類號：U44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0069-02

青島雙埠立交橋改造工程原雙流高速路南側(cè)污水管線位于現(xiàn)狀雙流路路基與威奧廠房之間，設(shè)計(jì)管線開挖深度4.7 m，管線中心距離擋土墻基礎(chǔ)僅3 m，且該處管線位于白沙河古河道上，全部為沙層，地下水位過高，為保證施工過程中現(xiàn)狀高速公路及廠房的安全，將開挖施工變更為頂管施工。

頂管設(shè)計(jì)長度322 m，位于雙流路南側(cè)（SDLW K0+014～SDLW K0+446），管節(jié)采用DN1350企口式鋼筋混凝土管，工作井及接收井設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土矩形沉井施工。

1 工藝流程（如圖1）

2 施工工藝

2.1 施工準(zhǔn)備

（1）挖探坑查明有無既有管線影響施工，清理施工現(xiàn)場障礙物，達(dá)到施工放線的要求。

（2）測量放線：采用水準(zhǔn)儀測設(shè)全線施工水準(zhǔn)點(diǎn)，要求每百米設(shè)一個準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)要復(fù)測一個測回平差以保證水準(zhǔn)點(diǎn)高程的準(zhǔn)確性。

采用全站儀按圖紙放出管道中心線，用白灰撒出基坑底線，并根據(jù)基坑挖深按1∶0.4撒出四周上口線。

2.2 降水措施

擬采用打井降水的措施。在工作井四角各打一眼降水井，接收井四角亦各打一眼降水井，每個降水井深12 m，直徑φ600。管道沿線采用雙側(cè)降水方案，沿管道中心線每10 m打一眼降水井，井深約12 m，直徑600 mm。降水井距管中心約3 m。根據(jù)降水效果適當(dāng)調(diào)整降水井的數(shù)量。

2.3 壓密注漿

工藝流程：鉆孔定位—鉆機(jī)就位—鉆進(jìn)—壓水試驗(yàn)—插管、封填及提升套管—配制漿液—下注漿管、套管—注漿—拔套管—封口—邊注漿邊拔注漿管—封孔。

按規(guī)定位置用鉆機(jī)鉆孔到要求的深度，孔徑45～100 mm。將注漿射管與套管一并施工孔內(nèi)。注漿射管管徑40～50 mm，管底部1.0～1.5 m管壁上鉆有注漿孔。在射管與套管之間用砂填塞。拔出套管。地基表面空隙用1：4水泥砂漿或粘土、麻絲填塞。用壓漿泵將水泥漿射管而透入土層孔隙中。水泥漿連續(xù)一次壓入不中斷。灌漿先稀后濃，逐漸加濃，自下而上分段拔管，每次拔管300 mm。拔出灌漿管，用1∶2水泥砂漿或細(xì)砂礫石填塞密實(shí)。

2.4 沉井制作

（1）沉井基礎(chǔ)施工：根據(jù)沉井設(shè)計(jì)，施工前沿沉井池壁中心線挖深約0.5 m寬約1.5 m溝槽，溝槽內(nèi)填0.5 m厚粗砂，施工時分層鋪設(shè)，層厚25 cm，鋪完一層后，灑水并用平板振搗器振實(shí)。按照放線要求，沿四周砌筑高18.7 cm、寬49 cm的磚模，并用砂漿找平，其上鋪設(shè)一道油氈。

（2）沉井制作：刃腳底模采用磚模，沉井頂進(jìn)方向池壁上的管道預(yù)留洞口采用鋼筋（φ20）骨架，外包寶麗板、油氈，井身采用鋼木模板結(jié)構(gòu)，用對拉螺栓加固。模板應(yīng)嚴(yán)密、不漏漿、尺寸符合設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范。

（3）混凝土澆筑：混凝土使用商品混凝土，澆筑采用分層鋪設(shè)法澆筑，每澆層厚40～40 cm，采用插入式振搗棒振搗，振搗棒要快插慢拔，以使汽泡充分溢出，禁止漏振、過振現(xiàn)象發(fā)生。

2.5 沉井下沉

在工作沉井的混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，開始沉井挖土下沉工作，沉井開挖采用人工開挖吊斗提升。下沉過程中要做好三個階段的控制：

（1）初沉階段：因下沉系數(shù)比大，下沉速度較快，易發(fā)生偏差，故此階應(yīng)嚴(yán)格控制井內(nèi)均勻出土，自中心向四周分區(qū)、分層，同步對稱，均勻取土、增加測量次數(shù)，控制其不發(fā)生大的偏差，從進(jìn)度上不求快而務(wù)求準(zhǔn)。

（2）下沉階段：沉井在入土一定深度，井外側(cè)土方對井壁會產(chǎn)生一定的側(cè)壓力，從而形成土壓導(dǎo)向，此時下沉速度可加快，但必須糾編下沉，有偏必糾。

（3）終沉階段：距設(shè)計(jì)標(biāo)高井底1.5 m處時，應(yīng)以穩(wěn)定觀測為主，下沉為輔，仔細(xì)觀測沉井下沉情況，保證設(shè)計(jì)要求下沉到位。

2.6 沉井封底及底板砼澆筑

沉井下到位后，將基坑內(nèi)土方挖至設(shè)計(jì)要求標(biāo)高，排除井內(nèi)積水，澆注C40厚400砼底板，回填碎石墊層后澆筑砼，由于剛澆筑的砼底板不能承受地下水壓，故在底板澆筑及養(yǎng)護(hù)過程中，降水措施不能停，在工作內(nèi)一個角落做一個小井，井深為1 m，下φ400井管，在澆筑素砼墊層前，應(yīng)根據(jù)施工具體情況先鋪碎石作為擠淤和濾水措施。在底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，集水井停止抽水，提出水泵，井內(nèi)用砼填滿，并用預(yù)先準(zhǔn)備的地腳螺栓、鋼板和橡膠圈蓋好，并擰緊螺栓。

由于沉井下沉過程中，會在井外壁與基土之間留下縫隙，故沉井封底后要進(jìn)行外壁處理，回填砂并搗實(shí)。

基坑工作面在整個沉井下沉完畢后，用4∶7灰土回填并夯實(shí)。

2.7 頂管施工

該工程頂管出土擬采用手掘式頂管施工工藝，其優(yōu)點(diǎn)是施工人員可隨時觀察土層與工作面的狀態(tài)，如遇有障礙物、其它管線及頂進(jìn)偏差等易于采取應(yīng)變措施，做到及時處理、而且工程造價低廉，便于掌握。缺點(diǎn)是效率低，必須將地下水水位降至管底以下0.5 m，方可正常施工。此種施工工藝一般不用工具管，直接首節(jié)管作工具管。

2.7.1 頂力計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)勘察報(bào)告，確定相關(guān)的計(jì)算系數(shù)。并根據(jù)實(shí)際情況選用適宜的頂力計(jì)算公式。為保證數(shù)值的可靠程度，宜采用多個公式進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)行比較，綜合考慮各種因素確定頂力大小。本工程最大頂力約400T。

P=2DLfP0+2DKfpH+fp0=f[2（pL+pH）DL+P0]（t）

式中：P為頂力（t）；

f為土壤與管外壁摩擦系數(shù)；

pL為土壤的垂直均布荷載，一般用從地在至管頂?shù)耐林亍?/p>

即pL=rh（t/m2）；

pH為土壤的水平壓力；

即pH= pLth2（45-φ/2）（t/m2）

φ為土壤的內(nèi)摩擦角（0）；

D為管外徑（m）；

p0為管道的全部重量（t）；

r為土壤密度（t/m4）；

h為管頂覆土深度（m）；

L為頂管一個頂程全長（m）。

土壤密度為1.8 t/m4，土壤摩擦系數(shù)為0.7，管道自重1.4 t/m管外徑為1.4/m，管頂覆土深度約4.5 m，土壤的內(nèi)摩擦角為40°。代入公式得最大頂力約為400T。

2.7.2 頂管設(shè)備的選擇

（1）千斤頂，根據(jù)頂力計(jì)算的結(jié)果選用2個2000 kN的千斤頂組合。千斤頂?shù)男谐虨?00 cm千斤頂固定在支架上，并與管道中心線的垂直對稱，千斤頂安裝的高度使千斤頂?shù)闹c(diǎn)位于管端面垂直直徑的1/4處左右，使用兩臺千斤頂時，兩臺千斤頂?shù)闹行木€與管道中心線對稱，千斤頂?shù)挠凸軕?yīng)并聯(lián)在一起。

（2）橫鐵與順鐵的選擇。

U型鐵是傳遞頂力和護(hù)管口設(shè)備，頂鐵由各種型鋼拼接制成，要求能承受壓力而不變形，搬動方便，無歪斜扭曲現(xiàn)象。一般最小順鐵長度等于千斤頂行程的二分之一來確定。并使順鐵長度由最小模數(shù)的倍數(shù)確定，即40 cm、80 cm兩種型號；頂鐵雙行使用時，其連接長度最大不超過4.0 m，超過時應(yīng)采取加固措施。橫鐵的選擇及加工根據(jù)管徑及千斤頂?shù)牟贾脕泶_定。

（3）工作平臺及工作棚：工作平臺位于工作井上部，用于下管、出土及運(yùn)送工具，平臺支搭用或槽鋼做梁，上鋪15×15方木做臺面，中央部分留洞口上裝活動平臺以利于下管和出土。工作棚支架于工作井上，設(shè)置棚罩，不受氣候和季節(jié)影響，能吊進(jìn)設(shè)備和管道。雨季防止雨水進(jìn)入工作井內(nèi)。

（4） 垂直運(yùn)輸和水平運(yùn)輸?shù)倪x用及布置。

工作井起重架采用行車或我們自行設(shè)計(jì)的三角形簡易桁吊，桁吊高度為4 m，跨徑10 m，設(shè)計(jì)吊重5 t，主梁采用I45工字鋼，上翼板用等寬槽鋼加強(qiáng)，主梁兩端為倒“V”字架腿，可沿地面槽鋼前后移動，工字鋼上安裝5 t電動蘆葫或定滑輪，有卷揚(yáng)機(jī)控制吊放，用以出土及下管、吊放頂鐵等作業(yè)。水平運(yùn)輸則選擇手推車運(yùn)輸。

2.7.3 頂進(jìn)

工作井內(nèi)設(shè)備，安裝完畢后，即可進(jìn)行下管和管內(nèi)挖土和頂進(jìn)工作。首先，將管子下到導(dǎo)軌上，就位后，復(fù)驗(yàn)管中心線與關(guān)內(nèi)底標(biāo)高是否符合設(shè)計(jì)要求，確認(rèn)符合設(shè)計(jì)后，才能進(jìn)行管前挖土工序。

頂進(jìn)過程包括挖土、頂進(jìn)、測量、糾偏等工序。從管節(jié)位于導(dǎo)軌上開始頂進(jìn)起至完成這一項(xiàng)管段止，始終控制這些工序，就可保證管道軸線和高程的施工質(zhì)量。

（1）頂進(jìn)前的準(zhǔn)備。

首先全部設(shè)備要經(jīng)過檢查并經(jīng)過試運(yùn)轉(zhuǎn)。

工具管在導(dǎo)軌上的中心線，坡度和高程應(yīng)與設(shè)計(jì)相符。

開啟封門，若在不穩(wěn)定土層中頂管時，封門拆除后，應(yīng)立即將工具管頂入土層。

（2）頂進(jìn)與開挖實(shí)施要點(diǎn)。

①工具管接觸或切入土層后，應(yīng)自上而下分層開挖，工具管迎面的超挖量應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件確定。管前挖土是保證頂進(jìn)質(zhì)量及地上構(gòu)筑物安全的關(guān)鍵，因?yàn)楣茏釉陧斶M(jìn)中是尋以挖好的土壁前進(jìn)。

②在允許超挖的穩(wěn)定土層中正常頂進(jìn)時，管下部145°的范圍內(nèi)不得超挖。管頂以上超挖量不得大于1.5 cm。頂管穿越公路，管周圍一律不得超挖，管底亦可預(yù)留1 cm厚土層，在管子頂進(jìn)時切去，可防止管端下沉，因地面震動荷載，嚴(yán)格控制管前超挖，做到隨挖隨頂。管前端挖出的土應(yīng)及時運(yùn)出管外，采用雙筒卷揚(yáng)機(jī)牽引四輪運(yùn)土小車出土，土運(yùn)到工作井后，再用起重設(shè)備吊至工作平臺上，然后運(yùn)出坑外。

3）管道頂進(jìn)：利用千斤頂借助于后背的反作用力，將管子推向前進(jìn)。

①安裝好頂鐵，管前端已挖深一定長度后，啟動油泵千斤頂進(jìn)油，活塞伸出一個工作行程，將管子推進(jìn)一個深度。

②停止油泵，打開控制閥，千斤頂回油，活塞回縮。

③填加頂鐵，重復(fù)上述操，直至需要安裝下一節(jié)管子為止。

④卸掉頂鐵下管，在砼管接口纏一圈麻繩，或橡膠圈再外加T型鋼漲圈。

⑤防止管子錯口，增加管子直順度和強(qiáng)度，防止管子拖接與錯口。

⑥重新裝好頂鐵，重上述操作。

（3）測量與糾編。

1）測量。

測量工作應(yīng)及時、準(zhǔn)確，以使管節(jié)正確就位于設(shè)計(jì)的管道軸線上。測量工作應(yīng)頻繁地進(jìn)行，以便較快地發(fā)現(xiàn)管道的偏移。在頂?shù)谝还?jié)管子時，及校正偏差過程中，應(yīng)每頂進(jìn)20～40 cm，即對中心線及高程測量一次，在正常頂進(jìn)中，應(yīng)每頂進(jìn)50～100 cm測量一次。每次測量以管子前端位置為準(zhǔn)，測量記錄應(yīng)完整清淅。

2）糾偏。

①方向糾偏。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，工具管前進(jìn)方向出現(xiàn)偏差往往有一定“惰性”。例如：開始向左偏，則隨著頂進(jìn)繼續(xù)向左偏，且愈偏愈大，向右、向上、向下都有這種傾向。但由于手工掘進(jìn)糾偏必然影響頂進(jìn)的速度，因而不必也沒有必要每次頂進(jìn)都糾偏，而是應(yīng)該利用產(chǎn)生偏差的“惰性”分析偏差發(fā)展的趨勢，控制偏差可能發(fā)生的量，掌握糾編時機(jī)進(jìn)行糾偏。

②常用的糾偏方法。

a挖土校正法。

偏差為1～2 cm時，可采用此法。此法是管子偏向設(shè)計(jì)中心的一側(cè)適當(dāng)超挖，而在相對的一側(cè)超挖或留坎，使管子在繼續(xù)頂進(jìn)中，逐漸回到設(shè)計(jì)位置，以達(dá)到校正的目的。

b強(qiáng)制校正法。

當(dāng)偏差大于20 mm時，用挖土法不易校下，可用φ10 cm圓木或方木頂一根，一端頂在管子偏離中心的一側(cè)管壁上，另一端安在墊有鋼板或木板的管前土壤上，支架穩(wěn)固后，開動千斤頂，利用頂進(jìn)時頂木斜支管子所產(chǎn)生的分力，使管子得到校正。

c襯墊校正法。

對淤泥、流砂地段的管子，因其地基承載力弱，常出現(xiàn)低頭現(xiàn)象，這時在管低或管子一側(cè)加木楔，使管道沿正確的方向頂進(jìn)，正確的方法是將木楔作成光面或包一層鐵皮，稍有些斜坡，使之慢慢恢復(fù)原狀。管道兩端露在工作井中的長度不得小于0.5 m，均不得有接口。

2.8 閉水試驗(yàn)

2.8.1 閉水試驗(yàn)工藝流程

閉水試驗(yàn)工藝流程如下：試驗(yàn)段管口封磚→在上游井內(nèi)放水→試驗(yàn)水灌至上游井口，高度穩(wěn)定→測量水位下降值，計(jì)算滲水量→對照是否滿足規(guī)定要求→合格后進(jìn)行回填土。

2.8.2 閉水試驗(yàn)施工方法

閉水試驗(yàn)在管道回填前進(jìn)行，并先將管道灌滿水浸泡1～2天方可進(jìn)行，試驗(yàn)管段應(yīng)按井距分隔。

管道兩端管堵用磚砌，必須養(yǎng)護(hù)4～7天達(dá)到一定強(qiáng)度后，再向閉水段檢查井內(nèi)注水。注水試驗(yàn)的水位，應(yīng)為實(shí)驗(yàn)段上游管內(nèi)項(xiàng)以上2 m，如井高不足2 m，將水灌至接近上游井口高度。注水過程同時檢查管堵、管道、井身、無漏水和嚴(yán)重滲水，再浸泡管和井1～2天后進(jìn)行閉水試驗(yàn)。

（1）管道閉水試驗(yàn)時，試驗(yàn)管段應(yīng)符合下列規(guī)定。

管道及檢查井外觀質(zhì)量已驗(yàn)收合格。

管道未回填土且溝槽內(nèi)無積水。

全部預(yù)留孔應(yīng)封堵，不得滲水。

管道兩端堵板承載力經(jīng)驗(yàn)算大于水壓力的合力；除預(yù)留進(jìn)出水管外，應(yīng)封堵堅(jiān)固，不得流水。

（2）管道閉水試驗(yàn)應(yīng)符合下列規(guī)定。

當(dāng)試驗(yàn)段上游設(shè)計(jì)水頭不超地管頂內(nèi)壁時，試驗(yàn)水頭應(yīng)以試驗(yàn)段上游管頂內(nèi)壁加2 m計(jì)。

當(dāng)計(jì)算出的試驗(yàn)水頭小于10米，但已超過上游檢查井井頂時，試驗(yàn)水頭應(yīng)以上游檢查井井高度為準(zhǔn)。

（3）管道嚴(yán)密性試驗(yàn)時，應(yīng)進(jìn)行外觀檢查；不得有漏水現(xiàn)象，實(shí)測允許滲水量符規(guī)定數(shù)值，管道嚴(yán)密性試驗(yàn)為合格。對滲水量測定時間不少于40 min。

本工程管道為φ1350砼管，允許滲水量為：2.8 L/h·m。

4 結(jié)語

我單位施工的DN1350污水頂管已經(jīng)通過了質(zhì)量監(jiān)督部門的驗(yàn)收，采用本施工技術(shù)，施工質(zhì)量與安全均達(dá)到設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求，取得了較好的效果。

參考文獻(xiàn)

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